固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种新能源技术,具有环保洁净高效等优点,已经受到世界范围的关注。在800-1000 ?C运行的高温SOFC对材料的选择,相邻材料之间的热匹配和化学相容性,电极的烧结和电池的机械性能等要求较高,在500-800 ?C运行的中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)可以降低这些要求以降低成本,但是运行温度的降低将导致阴极的极化电阻成为内阻的主要来源,因此研究适用于IT-SOFC的阴极材料具有十分重要的意义。PrBaCo2O_(5+δ)(PBCO)具有电子和氧离子混合导电性,将其作为IT-SOFC的阴极材料,在中温区具有良好的氧扩散性能,化学稳定性和电化学性能。但是,钴酸盐材料的热膨胀系数(TEC)一般较大,与电解质材料的热匹配情况不好。通过在Co位掺杂Ni制备PrBaCo_(2-x)Ni)xO_(5+δ)(记作PBCN)阴极材料,以及在PBCN阴极材料中掺入电解质材料制备PBCN04-SDC(x=10%-50wt%)材料复合阴极两种方法,希望可以降低其TEC,改善其与电解质的热匹配情况。本文分别采用EDTA-柠檬酸联合络合法和柠檬酸溶胶凝胶法成功制备了阴极材料PBCN和电解质材料Sm_()Ce_()O_()(SDC)。高温电导率的测试发现在100°C到200°C温区内,PBCN样品出现半导体到金属导电规律的转变。并且,Ni的掺杂提高了PBCN样品的电导率,PBCN03样品的电导率达到最高。热膨胀性质的测试发现,Ni的掺入没有明显降低PBCN材料的工程热膨胀系数(t-TEC)。以SDC材料为电解质,以PBCN样品为阴极制备了对称电池,进行交流阻抗谱测试,发现Ni的适量掺杂降低了阴极的极化电阻,PBCN04样品的极化电阻最小,在700°C下,其极化电阻大约为Ω?cm2。当Ni的掺杂量x=时,其极化电阻反而增大。在PBCN系列阴极材料中,PBCN04样品的电导率较高,在800°C下可以达到325 Scm~(-1);其在30-900°C区间的TEC较小,为×10~(-6) K~(-1);XRD测试结果表明,PBCN04样品与SDC样品在制备温度下化学相容性很好。因此,在纯相的PBCN04阴极材料中掺入SDC电解质材料,制备了复合阴极材料PBCN04-xSDC(x=10%-50wt%)。高温电导率的测试发现,随着SDC掺入量的增加,复合阴极的电导率逐渐降低,电导率随温度的变化规律与纯相的阴极材料的基本一致。热膨胀性能的测试表明,复合阴极的TEC有明显降低,PBCN04-50SDC的TEC为×10~(-6) K~(-1),这有利于改善阴极与电解质之间的附着情况。交流阻抗谱的测试结果表明,随SDC量的增加,复合阴极的极化电阻先减小后增大,PBCN04-30SDC极化电阻最小,在700 C下大约只有Ωcm~2。综合上述测试,选择性能较好的PBCN04-30SDC复合材料作为阴极,制备了单电池,测试了其功率密度等性能。以SDC为电解质的单电池在700°C下,功率密度可以达到367 mWcm~(-2)。以YSZ为电解质,带有SDC中间层的单电池在850°C时的功率密度最大,大约为325 mW-cm~(-2)。上述的研究结果表明,PBCN材料及其复合阴极材料都是一种有潜力的IT-SOFC的阴极材料。
小可爱vivi
